CN110044957A - 测量电路、测量系统及热物性参数测量方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种测量电路、测量系统及热物性参数测量方法。该测量电路包括：第一放大电路、第二放大电路、差分放大电路、可调电阻器及电子乘法器。第一放大电路、第二放大电路的输出端中的至少一个通过电子乘法器与差分放大电路的输入端连接；可调电阻器用于在测量前调节两个输入端的基频电压差，以使测量前的基频电压差小于或等于第一预设阈值，电子乘法器用于在测量时调节与电子乘法器连接的输入端的基频电压，以使差分放大器的两个输入端的基频电压差小于或等于第二预设阈值，第二预设阈值小于第一预设阈值，差分放大电路用于测量基频电压及三次谐波电压，能够提高测量的三次谐波电压的精度，改善因基频电压导致热物性测量精度低的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及热物性测量技术领域，具体而言，涉及一种测量电路、测量系统及热物性参数测量方法。
背景技术
随着现代技术的不断发展，电子器件对运行的温度环境的要求越来越多样化，电子器件在运行时通常需要配合热管理以保障电子器件的正常运行。热管理与形成电子器件的材料的热物性相关。在现有技术中，在测量材料的热物性时，通常是用一条沉积在样品本体上的金属丝同时作为加热器，对金属丝通入一定频率的交流电流，然后测量金属丝两端的电压。所测得的电压通常包括基频电压和谐波电压，然后基于3ω法，利用谐波电压测量样品的热物性，而基频电压容易影响测量结果的精度。
发明内容
本申请提供一种测量电路、测量系统及热物性参数测量方法，能够改善因基频电压导致热物性测量精度低的技术问题。
为了实现上述目的，本申请实施例所提供的技术方案如下所示：
第一方面，本申请实施例提供一种测量电路，所述测量电路包括：第一放大电路、第二放大电路、差分放大电路、可调电阻器及电子乘法器；所述第一放大电路的输出端、所述第二放大电路的输出端分别与所述差分放大电路的两个输入端连接，其中，所述第一放大电路的输出端、所述第二放大电路的输出端中的至少一个通过所述电子乘法器与所述差分放大电路的输入端连接；在测量时，所述第一放大电路的两个输入端用于分别与待测样品的第一电极、第二电极连接；所述待测样品的第三电极、第四电极用于与交流信号源连接，所述差分放大电路用于测量所述差分放大电路的两个输入端的基频电压及三次谐波电压，其中，所述可调电阻器用于在测量前调节所述两个输入端的基频电压差，以使测量前的所述基频电压差小于或等于第一预设阈值，所述电子乘法器用于在测量时调节与所述电子乘法器连接的所述差分放大电路的输入端的基频电压，以使所述差分放大电路的两个输入端的基频电压差小于或等于第二预设阈值，所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值。
基于此，在可调电阻器初步调节的基础上，利用电子乘法器再次减弱或消除基频电压对所采集的三次谐波电压的影响，有助于提高所采集的三次谐波电压的精度，从而有助于提高通过利用三次谐波电压计算得到的待测样品的热物性的精度，改善因基频电压导致热物性测量精度低的技术问题。
结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述第一放大电路包括第一放大器，所述第二放大电路包括第二放大器，所述差分放大电路包括差分放大器；所述第一放大器的输出端、所述第二放大器的输出端分别与所述差分放大器的两个输入端连接，其中，所述第一放大器的输出端、所述第二放大器的输出端中的至少一个通过所述电子乘法器与所述差分放大器的输入端连接；所述第一放大器的两个输入端用于分别与待测样品的第一电极、第二电极连接；所述第二放大器的两个输入端分别与所述可调电阻器的第一端、第二端连接，所述可调电阻器的第一端用于与所述待测样品的第三电极连接，所述可调电阻器的第二端与所述差分放大器的输出端及所述电子乘法器的一端连接；所述差分放大器的接地端用于与所述待测样品的第四电极连接并接地。
基于此，第一放大器、第二放大器可以用于实现信号的放大，差分放大器可以用于对第一放大器、第二放大器输入的信号进行差分处理并放大，有助于基频电压差、三次谐波电压等信号的提取。
结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述差分放大电路还用于将在同一预设温度下测量得到的多个三次谐波电压输出至终端设备，所述终端设备用于根据预设算法及所述多个三次谐波电压确定在所述预设温度下的测量结果，所述测量结果包括与所述预设温度对应的热导率，所述多个三次谐波为所述差分放大电路在所述交流信号源输出不同预设频率的电流信号下测量得到的。
基于此，通过将同一预设温度下测量得到的三次谐波输出至终端设备，方便终端设备确定该预设温度下的待测样品的热导率。
结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述差分放大电路还用于将在不同预设温度下测量得到的多个三次谐波电压输出至所述终端设备，以使所述终端设备确定所述待测样品在不同预设温度下的测量结果。
基于此，通过将不同预设温度下测量得到的三次谐波输出至终端设备，以使终端设备确定在不同预设温度下的测量结果，便于拟合得到待测样品的热物性与温度的关系图。
结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述第一放大器、所述第二放大器均为锁相放大器。
基于此，锁相放大器可以从干扰较大的环境中分离出特定载波频率信号，有助于提高输出至差分放大电路的有效信号的准确度，减少干扰信号。
第二方面，本申请实施例提供一种测量系统，所述测量系统包括终端设备及上述的测量电路，所述终端设备与所述测量电路连接。
基于此，因为上述测量电路所测量得到的三次谐波电压的精确度高，所以在终端设备利用高精度的三次谐波电压计算待测样品的热导率时，便有助于提高所计算的热导率的准确度。
第三方面，本申请实施例还提供一种热物性参数测量方法，应用于上述的测量电路，所述方法包括：在将待测样品接入所述测量电路后，所述可调电阻器调节所述差分放大电路的两个输入端的基频电压，以使所述基频电压的基频电压差小于或等于第一预设阈值；所述电子乘法器调节与所述电子乘法器连接的所述差分放大电路的输入端的基频电压，以使所述基频电压差小于或等于第二预设阈值，其中，所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值；在所述基频电压小于所述第二预设阈值时，所述差分放大电路采集所述两个输入端在预设温度下的三次谐波电压，所述三次谐波电压用于确定所述待测样品的热导率。
基于此，在可调电阻器初步调节的基础上，利用电子乘法器再次减弱或消除基频电压对所采集的三次谐波电压的影响，有助于提高所采集的三次谐波电压的精度，从而有助于提高通过利用三次谐波电压计算得到的待测样品的热物性的精度，改善因基频电压导致热物性测量精度低的技术问题。
结合第三方面，在一些可选的实施方式中，所述方法还包括：所述差分放大电路将所述三次谐波电压输入终端设备，以使所述终端设备根据所述三次谐波电压、与所述三次谐波电压对应的预设温度、所述交流信号源输出的交流电的预设频率及预设算法，确定所述待测样品在所述预设温度下的测量结果，所述测量结果包括与所述预设温度对应的热导率。
基于此，通过将同一预设温度下测量得到的三次谐波输出至终端设备，方便终端设备确定该预设温度下的待测样品的热导率。
结合第三方面，在一些可选的实施方式中，在可调电阻器调节差分放大电路的两个输入端的基频电压之前，所述待测样品容置在处于真空状态的密闭容器中。基于此，有助于以降低空气对测量结果的影响，提高测量结果的准确性。
结合第三方面，在一些可选的实施方式中，在可调电阻器调节差分放大电路的两个输入端的基频电压之前，所述待测样品所在的环境温度为预设温度，且所述待测样品通入有预设频率的电流信号。基于此，通过将待测样品放置在预设温度的环境中，便于测量得到待测样品在该预设温度下的测量结果。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本申请实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的测量电路的电路原理示意图。
图2为本申请实施例提供的测量系统的功能框图。
图3为本申请实施例提供的在一预设温度下三次谐波电压与频率的拟合关系示意图。
图4为本申请实施例提供的热物性参数测量方法的流程示意图。
图标：100-测量电路；110-第一放大电路；120-第二放大电路；130-差分放大电路；140-可调电阻器；150-电子乘法器；200-终端设备；300-待测样品；400-交流信号源。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在现有技术中，通常是用一条沉积在样品本体上的金属丝同时作为加热器，对金属丝通入一定频率的交流电流，然后测量金属丝两端的电压。所测得的电压通常包括基频电压和谐波电压，然后基于3ω法，利用谐波电压测量样品的热物性。申请人研究发现在实际测量电路中，金属丝两端的基频电压远大于最终有效的三次谐波电压，并且金属丝的基频电压与失真的交流源谐波会产生假三次谐波信号，影响了有效信号的提取和所测量的热导率的精度，也就是基频电压容易影响测量结果的精度。
鉴于上述问题，本申请申请人经过长期研究探索，提出以下实施例以解决上述问题。下面结合附图，对本申请实施例作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参照图1，本申请提供的测量电路100可以用于测量待测样品300的电参量。其中，电参量可以包括待测样品300两端的基频电压、三次谐波电压以及根据两端的基频电压确定的基频电压差，所测量得到的三次谐波电压可以用于计算待测样品300在预设温度下的热导率，基频电压容易影响三次谐波电压的提取。其中，待测样品300可以包括但不限于二氧化硅、导电金属(比如铜、铝、银、或其他合金)、复合材料等体块材料，其待测样品300的具体材质可以根据实际情况进行而选取。
在本实施例中，待测样品300的具体尺寸可根据实际情况进行设置。通常来讲，待测样品300的尺寸较小，比如，待测样品300可以是长度为300纳米的二氧化硅。
作为一种可选的实施方式，若待测样品300的本体为导电样品。比如待测样品300本体为二氧化硅、铜、铝合金等，在测量前可以先对待测样品300的本体镀绝缘层，再镀金属电极或沉积金属丝，以形成具有四个电极的待测样品300，再通过四探针法串联进入测量电路100实现测量。其中，待测样品300的本体的厚度可以超过金属电极或金属丝的5倍厚度。
请再次参照图1，在本实施例中，测量电路100可以包括第一放大电路110、第二放大电路120、差分放大电路130、可调电阻器140及电子乘法器150。
第一放大器的输出端、第二放大器的输出端分别与差分放大器的两个输入端连接，其中，第一放大器的输出端、第二放大器的输出端中的至少一个通过电子乘法器150与差分放大器的输入端连接。
第二放大器的两个输入端分别与可调电阻器140的第一端、第二端连接，可调电阻器140的第一端用于与待测样品300的第三电极连接，可调电阻器140的第二端与差分放大器的输出端及电子乘法器150的一端连接。
差分放大器的接地端用于与待测样品300的第四电极连接并接地。
请结合参照图1和图2，在测量时，第一放大电路110的两个输入端用于分别与待测样品300的第一电极、第二电极连接；待测样品300的第三电极、第四电极用于与交流信号源400连接，差分放大电路130用于测量差分放大电路130的两个输入端的基频电压及三次谐波电压，其中，可调电阻器140用于在测量前调节两个输入端的基频电压差，以使测量前的基频电压差小于或等于第一预设阈值，电子乘法器150用于在测量时调节与电子乘法器150连接的差分放大电路130的输入端的基频电压，以使差分放大器的两个输入端的基频电压差小于或等于第二预设阈值，第二预设阈值小于第一预设阈值。
在本实施例中，可调电阻器140可以是但不限于滑动变阻器、变阻箱等，可以通过调节自身电阻，以分担待测样品300两端的电压，从而调节差分放大器的两个输入端的基频电压差。电子乘法器150可以在测量时调节与电子乘法器150连接的差分放大器的一输入端的基频电压，以进一步降低该基频电压差。
电子乘法器150具有可扩展性强，精度高，响应速度快等特点，可在可调电阻器140初步调节的基础上，再次减弱或消除基频电压对所采集的三次谐波电压的影响，有助于提高所采集的三次谐波电压的精度，从而有助于提高通过利用三次谐波电压计算得到的待测样品300的热物性的精度。
请再次参照图1，电子乘法器150调节基频电压差的原理可以为：电子乘法器150包括用于设置相乘系数的NI采集卡(这里的NI英文全称为National Instruments，指美国国家仪器)，NI采集卡包括多根探针，导通的探针与断开的探针可以作为十六进制的01信号。例如，NI采集卡包括16根探针，假设根据可调电阻器140调节后的第一基频电压差确定出相乘系数为0.6，那么NI采集卡便可以将0.6转换成十六进制的01信号，也就是通过相应的探针导通、断开来实现01信号的表示，然后电子乘法器150将01信号转换为相乘系数0.6，并将与该电子乘法器150连接的差分放大器的输入端的基频电压乘以该系数输出(在图1中，电子乘法器150便是对差分放大器的输入端B的基频电压乘以相乘系数)，从而使得差分放大器两输入端各自的基频电压相同或趋近于相同。假设，在图1中，差分放大器的输入端A基频电压为20mV，输入端B端基频电压为50mV，那么通过控制NI数字采集卡的01信号，可以分别对输入端A和输入端B的电压信号乘以0.5和0.2的系数，那么此时输入端A、输入端B间的基频电压差即为零。
基于此，便可使得基频电压差为0或趋近于0。在基频电压差为0或趋近于0时，便能降低基频电压对待测的三谐项电压的影响，从而提高所采集的三次谐波电压的精度。
作为一种可选的实施方式，测量电路100可以结合终端设备200中的Labview程序，以实现基频电压差的削减。例如，可调电阻器140为滑动变阻器时，Labview程序可以配合步进电机，通过驱动步进电机带动滑动变阻器改变阻值，从而实现基频电压差的初步削减。另外，通过Labview程序可以设置NI采集卡的信号，从而设置电子乘法器150的相乘系数，使得样品两端的基频电压差趋近于零，实现基频电压差的再次削减，其中，电子乘法器150可改善可调电阻器140因基频电压差削减的误差大，使得提取的三次谐波电压精度低的技术问题。
在本实施例中，交流信号源400可以输出不同预设频率的电流信号。可理解地，该交流信号源400可以为可根据情况输出不同预设频率的交流电的电源。终端设备200可以是，但不限于个人电脑(personal computer，PC)、移动上网设备(mobile Internetdevice，MID)等，用于根据测量得到的三次谐波电压计算待测样品300在预设温度下的热导率。
第一预设阈值与第二预设阈值可以根据实际情况进行设置，例如第一预设阈值可以为0.50-1.00mV中的任意一电压值，比如第一预设阈值为0.58mV；第二预设阈值可以为0-0.2mV中的任意一电压值，比如第二预设阈值为0.12mV。
作为一种可选的实施方式，第一放大电路110可以包括第一放大器，第二放大电路120可以包括第二放大器，差分放大电路130可以包括差分放大器。
第一放大器的输出端、第二放大器的输出端分别与差分放大器的两个输入端连接，其中，第一放大器的输出端、第二放大器的输出端中的至少一个通过电子乘法器150与差分放大器的输入端连接。例如，在图1中，第二放大器的输出端通过电子乘法器150与差分放大器的输入端B连接，第一放大器的输出端直接与差分放大器的输入端A连接。
第一放大器的两个输入端用于分别与待测样品300的第一电极、第二电极连接。
第二放大器的两个输入端分别与可调电阻器140的第一端、第二端连接，可调电阻器140的第一端用于与待测样品300的第三电极连接，可调电阻器140的第二端与差分放大器的输出端及电子乘法器150的一端连接。
差分放大器的接地端用于与待测样品300的第四电极连接并接地。
需要说明的是，第一放大电路110可以包括一个或多个放大器，用于对采集的待测样品300两端(或金属丝两端)的电压信号进行放大，其放大器的数量可以根据实际情况进行设置，这里不作具体限定。同样地，第二放大电路120可以包括一个或多个放大器，用于对可调电阻器140的两端的电压信号进行放大。另外，差分放大电路130可以用于采集第一放大电路110、第二放大电路120输入的电压信号，并对电压信号做差分处理。比如，差分放大电路130可以对第一放大电路110及第二放大电路120输入的基频电压做差分计算得到基频电压差。其中，差分放大电路130可以包括一个或多个差分放大器，只要差分放大电路130能够实现第一放大电路110、第二放大电路120输入的电压信号的采集，并能对电压信号做差分处理即可，这里对差分放大电路130的硬件结构不作具体限定。
请再次参照图1，作为一种可选的实施方式，四个电极可以在待测样品300长度延伸方向均匀地分布在待测样品300表面，并通过四探针法接入待测样品300。四探针法原理如下：
待测样品300(或待测样品300上的金属丝)最外侧的两个电极(第三电极与第四电极)与交流信号源400连接，中间的两个电极与第一放大器的两个输入端连接，基于此，通过四探针法可以有效避免接触电阻，实现微小的信号变化的测量。
作为一种可选的实施方式，第一放大器与第二放大器可以均为锁相放大器。因为锁相放大器可以从干扰较大的环境(信噪比可低至-60dB，甚至更低)中分离出特定载波频率信号，所以有助于提高输出至差分放大器的有效信号的准确度，减少干扰信号。其中，有效信号包括基频电压及三次谐波电压。
作为一种可选的实施方式，差分放大电路130还用于将在同一预设温度下测量得到的多个三次谐波电压输出至终端设备200。终端设备200用于根据预设算法及多个三次谐波电压确定在预设温度下的测量结果，测量结果包括与预设温度对应的热导率，多个三次谐波为差分放大电路130在交流信号源400输出不同预设频率的电流信号下测量得到的。可理解地，测量结果中，不同预设温度所对应的热导率不尽相同。
在本实施例中，终端设备200可以通过3ω法测量得到待测样品300在预设温度下的热导率。3ω法的测量原理可以为：利用一条沉积在待测样品300的本体上的金属丝同时作为加热器和温度传感器，对该金属丝通入频率为ω的电流，引起2ω的温度和电阻变化，产生包含热物性信息的3ω电压信号。通过分析3ω的频率响应，就可以获得样品的热物性参数。例如，向待测样品300中的做电极的金属丝中通入频率为ω的交流电流Ih,0，Ih,0表示如下：
Ih(t)＝Ih,0cos(ωt) (1)
公式(1)中，Ih,0为电流有效值，t为时间，ω为通入电流信号的频率。在通入电流Ih,0后，会引起金属丝的电阻以2ω的频率谐振，该谐振满足下述公式(2)：
Rh(t)＝Rh,0(1+βhΔTDC+βh|ΔTAC|cos(2ωt+φ)) (2)
公式(2)中，Rh,0为电阻有效值；βh为金属丝的电阻温度系数；ΔTDC和ΔTAC分别是热稳态下交流电引起的加热丝温度变化的直流(与时间无关)、交流(与时间有关)部分的变化量；φ为相位。
公式(3)中，记三次谐波电压为当频率ω处在某特殊区间(可根据实际情况进行设置，比如下述实施例所述，对于二氧化硅来说，该特殊区间可以为100-5000Hz)，ΔTAC与ln(2ω)呈线性关系如下：
公式(4)中，Prms为金属丝电极加热功率；bh为金属丝的电极半宽长度；α为金属丝材料的热扩散率；ζ为预设系数，根据体材料热导率的测试原理，当热扩散长度与金属膜半宽的乘积＜0.1时，ζ＝1.27，当热扩散长度与金属膜半宽的乘积大于0.1小于0.5时，ζ＝1.28。
其中k为样品热导率。由此引入热导率k，若能测得ΔTAC(2ω)，并知道参数：基频电压Vh,0、金属丝的电阻温度系数βh、金属丝的长度lh和电阻有效值Rh,0，就可通过三次谐波电压Vh,3ω与ω的斜率反推出热导率k。
可理解地，在测量得到三次谐波电压时，通过可调电阻器140及电子乘法器150分别对基频电压Vh,0进行消除，可以提高所采集/测量的三次谐波电压的精确度。
在测量得到三次谐波电压后，终端设备200可以通过上述的参数及预设算法确定出待测样品300的热导率。比如，将测量得到的各参数(比如三次谐波电压Vh,3ω、频率ω等)输入公式(4)中，通过三次谐波电压Vh,3ω与ω的斜率反推出热导率k。
作为一种可选的实施方式，在同一温度下，通过改变交流信号源400输出的电流信号的频率，记录不同频率下差分放大器同相V3ω和反相V3ω信号，绘制电压-频率曲线。根据上述公式(1)-(4)用Matlab程序拟合，得到样品在该温度下的热导率。Matlab根据之前推导的公式，代入其他已知参数，采用最小二乘法，拟合实验数据点，获得热导率。
终端设备200在测量不同温度下待测样品300的热导率之前，测量电路100可以均先按照上述方式进行基频电压差的消除，然后进行测量。
作为一种可选的实施方式，差分放大电路130还用于将在不同预设温度下测量得到的多个三次谐波电压输出至终端设备200，以使终端设备200确定待测样品300在不同预设温度下的测量结果。
作为一种可选的实施方式，测量电路100还包括用于加热待测样品300所在环境的温度的电加热模块。可理解地，待测样品300上的金属丝用于加热待测样品300的本体，电加热模块可以用于加热待测样品300的环境温度，使得环境温度为预设温度，其中预设温度可以根据实际情况进行设置，这里不作具体限定。
在本实施例中，电加热模块可以包括但不限于电热丝、电热片等器件，通过改变预设温度，以便于测量到待测样品300在不同预设温度下的热导率。
作为一种可选的实施方式，测量电路100还包括用于测量待测样品300的环境温度的温度传感器。
在本实施例中，电加热模块在被加热后，可以向待测样品300所在环境辐射热量，温度传感器可以检测环境的温度，以便于对环境温度进行准确地控制。
下面以待测样品300的本体为300纳米的二氧化硅为例，举例阐述测量电路100的工作原理：
首先，在二氧化硅表面镀上金(Au)金属丝，金属丝的宽度可以为10μm，长度可以为4mm，厚度可以为100nm，并从中引出四个电极，以构成待测样品300；
将300nm二氧化硅样品接入测量电路100，并将待测样品300容置在密闭容器中，设置测量温度为300K，抽真空至500mTorr；
假设，在没有通过滑动变阻器初步消除电压差之前，V1ω,A-B＝210.06mV，此时可以通过调节滑动变阻器，使得V1ω,A-B小于或等于0.58mV；
设置电子乘法器150相乘系数，使V1ω,A-B＝0.12mV；
设置交流信号源400的频率的变化范围为100-5000Hz，频率为100Hz时，记录同相V3ω＝-4.05mV，反相V3ω＝0.08mV，以此类推，记录各频率对应的V3ω。
最后，将获得的电压-频率曲线代入Matlab程序拟合(可参照图3)，得到室温下300nm二氧化硅(SiO2)的热导率约为1.35W/(m·K)，测量完毕。
在上述测量过程中，因为基频电压先后被滑动变阻器、电子乘法器150削弱，从而使得提取到的三次谐波电压的精度更高，而高精度的三次谐波电压有助于提高所计算出的待测样品300的热导率。
请参照图2，本申请实施例提供的测量系统包括终端设备200及上述实施例中的测量电路100，终端设备200与测量电路100连接。
测量电路100用于在接入待测样品300，且差分放大电路130的两个输入端的基频电压的基频电压差小于或等于第二预设阈值时，测量两个输入端的三次谐波电压。
终端设备200用于根据三次谐波电压、与三次谐波电压对应的预设温度、交流信号源400输出的电流信号的预设频率及预设算法，确定待测样品300在预设温度下的测量结果，测量结果包括与预设温度对应的热导率。
需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的测量系统的具体工作过程，可以参考前述测量电路100中的各部件对应的处理过程，在此不再过多赘述。
请参照图4，本申请实施例还提供一种热物性参数测量方法，可以应用与上述的测量电路100、测量系统中，能够提高测量的三次谐波电压的精度，从而改善因基频电压导致热物性测量精度低的技术问题。可理解地，热物性参数测量方法可以由测量电路100或测量系统中的各部件执行。
在本实施例中，热物性参数测量方法可以包括以下步骤：
步骤S210，在将待测样品300接入测量电路100后，可调电阻器140调节差分放大电路130的两个输入端的基频电压，以使基频电压的基频电压差小于或等于第一预设阈值；
步骤S220，电子乘法器150调节与电子乘法器150连接的差分放大电路130的输入端的基频电压，以使基频电压差小于或等于第二预设阈值，其中，第二预设阈值小于第一预设阈值；
步骤S230，在基频电压小于第二预设阈值时，差分放大电路130采集两个输入端在预设温度下的三次谐波电压，三次谐波电压用于确定待测样品300的热导率。
可选地，在步骤S230之后，方法还可以包括：将三次谐波电压输入终端设备200，以使终端设备200根据三次谐波电压、与三次谐波电压对应的预设温度、交流信号源400输出的交流电的预设频率及预设算法，确定待测样品300在预设温度下的测量结果，测量结果包括与预设温度对应的热导率。
可选地，在步骤S220之前，待测样品300容置在处于真空状态的密闭容器中。基于此，有助于以降低空气对测量结果的影响，提高测量结果的准确性。
可选地，在步骤S220之前，待测样品300所在的环境温度为预设温度，且待测样品300通入有预设频率的电流信号。基于此，可以将预设频率作为已知参数，方便后期利用已知的预设频率及三次谐波电压确定在预设温度下的测量结果。
需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的热物性测量的具体工作过程，可以参考前述测量电路100中的各部件对应的处理过程，在此不再过多赘述。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质。可读存储介质中存储有计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行如上述实施例中所述的热物性参数测量方法。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施场景所述的方法。
综上所述，本申请提供一种测量电路、测量系统及热物性参数测量方法。测量电路包括：第一放大电路、第二放大电路、差分放大电路、可调电阻器及电子乘法器；第一放大电路的输出端、第二放大电路的输出端分别与差分放大电路的两个输入端连接，其中，第一放大电路的输出端、第二放大电路的输出端中的至少一个通过电子乘法器与差分放大电路的输入端连接；在测量时，第一放大电路的两个输入端用于分别与待测样品的第一电极、第二电极连接；待测样品的第三电极、第四电极用于与交流信号源连接，差分放大电路用于测量差分放大电路的两个输入端的基频电压及三次谐波电压，其中，可调电阻器用于在测量前调节两个输入端的基频电压差，以使测量前的基频电压差小于或等于第一预设阈值，电子乘法器用于在测量时调节与电子乘法器连接的输入端的基频电压，以使差分放大器的两个输入端的基频电压差小于或等于第二预设阈值，第二预设阈值小于第一预设阈值。本申请提供的方案中，通过电子乘法器消除或减弱基频电压对所采集的三次谐波电压的影响，有助于提高所采集的三次谐波电压的精度，从而有助于提高通过利用三次谐波电压计算得到的待测样品的热物性的精度。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置、系统和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置、系统和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种测量电路，其特征在于，所述测量电路包括：第一放大电路、第二放大电路、差分放大电路、可调电阻器及电子乘法器；
所述第一放大电路的输出端、所述第二放大电路的输出端分别与所述差分放大电路的两个输入端连接，其中，所述第一放大电路的输出端、所述第二放大电路的输出端中的至少一个通过所述电子乘法器与所述差分放大电路的输入端连接；
在测量时，所述第一放大电路的两个输入端用于分别与待测样品的第一电极、第二电极连接；所述待测样品的第三电极、第四电极用于与交流信号源连接，所述差分放大电路用于测量所述差分放大电路的两个输入端的基频电压及三次谐波电压，其中，所述可调电阻器用于在测量前调节所述两个输入端的基频电压差，以使测量前的所述基频电压差小于或等于第一预设阈值，所述电子乘法器用于在测量时调节与所述电子乘法器连接的所述差分放大电路的输入端的基频电压，以使所述差分放大电路的两个输入端的基频电压差小于或等于第二预设阈值，所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值。
2.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述第一放大电路包括第一放大器，所述第二放大电路包括第二放大器，所述差分放大电路包括差分放大器；
所述第一放大器的输出端、所述第二放大器的输出端分别与所述差分放大器的两个输入端连接，其中，所述第一放大器的输出端、所述第二放大器的输出端中的至少一个通过所述电子乘法器与所述差分放大器的输入端连接；
所述第一放大器的两个输入端用于分别与待测样品的第一电极、第二电极连接；
所述第二放大器的两个输入端分别与所述可调电阻器的第一端、第二端连接，所述可调电阻器的第一端用于与所述待测样品的第三电极连接，所述可调电阻器的第二端与所述差分放大器的输出端及所述电子乘法器的一端连接；
所述差分放大器的接地端用于与所述待测样品的第四电极连接并接地。
3.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述差分放大电路还用于将在同一预设温度下测量得到的多个三次谐波电压输出至终端设备，所述终端设备用于根据预设算法及所述多个三次谐波电压确定在所述预设温度下的测量结果，所述测量结果包括与所述预设温度对应的热导率，所述多个三次谐波为所述差分放大电路在所述交流信号源输出不同预设频率的电流信号下测量得到的。
4.根据权利要求3所述的测量电路，其特征在于，所述差分放大电路还用于将在不同预设温度下测量得到的多个三次谐波电压输出至所述终端设备，以使所述终端设备确定所述待测样品在不同预设温度下的测量结果。
5.根据权利要求2所述的测量电路，其特征在于，所述第一放大器、所述第二放大器均为锁相放大器。
6.一种测量系统，其特征在于，所述测量系统包括终端设备及如权利要求1-5中任意一项所述的测量电路，所述终端设备与所述测量电路连接。
7.一种热物性参数测量方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5中任意一项所述的测量电路，所述方法包括：
在将待测样品接入所述测量电路后，所述可调电阻器调节所述差分放大电路的两个输入端的基频电压，以使所述基频电压的基频电压差小于或等于第一预设阈值；
所述电子乘法器调节与所述电子乘法器连接的所述差分放大电路的输入端的基频电压，以使所述基频电压差小于或等于第二预设阈值，其中，所述第二预设阈值小于所述第一预设阈值；
在所述基频电压小于所述第二预设阈值时，所述差分放大电路采集所述两个输入端在预设温度下的三次谐波电压，所述三次谐波电压用于确定所述待测样品的热导率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述差分放大电路将所述三次谐波电压输入终端设备，以使所述终端设备根据所述三次谐波电压、与所述三次谐波电压对应的预设温度、所述交流信号源输出的交流电的预设频率及预设算法，确定所述待测样品在所述预设温度下的测量结果，所述测量结果包括与所述预设温度对应的热导率。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在可调电阻器调节差分放大电路的两个输入端的基频电压之前，所述待测样品容置在处于真空状态的密闭容器中。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在可调电阻器调节差分放大电路的两个输入端的基频电压之前，所述待测样品所在的环境温度为预设温度，且所述待测样品通入有预设频率的电流信号。
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